CN205385765U - 全天候植物智能水培、雾培无土栽培机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，该培养机有培养机主体、循环补液箱和控制室组成的三部分。培养箱内设各种传感器。循环补液箱内的营养液补充槽和培养箱内的水培槽或雾培槽之间有一套输液水管和一套回流水管。其中的输液水管有营养液输送水泵，在水培槽或雾培槽内的一根水管的盲端有一电磁阀。另一套回流水管，中间依次有过滤装置和营养液回流水泵。水泵、电磁阀均受单机片控制。循环补液箱的补料罐、储水罐、酸碱罐下方均有电磁阀相连，单片机控制电磁阀营养液的下流流量。控制室内有单片机芯片、显统系统、小型空调机、二氧化碳发生器、加湿器。该无土栽培培养装置既能单独进行水培，又能单独进行雾培，还能水培、雾培同时进行。同时整个培养过程能根据实际需要自动配制营养液，培养条件的各项理化指标可以进行人工设置、全自动智能控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，属于无土栽培培养装置技术领域，旨在提供一种生产过程实现人为控制和调节、不受自然条件限制、培育品种多样化、培育方式多种化、培育过程精细化，便于科学研究的植物无土培养机。
背景技术
目前，大多数的无土栽培培养装置不能兼容，只具有单一的培养模式：无土栽培培养装置在水培模式下，不能进行雾培；在雾培模式下，不能进行水培。而且，无土栽培培养装置不能自由调节，不能人为控制植物生长的各项理化指标。
发明内容
为了克服现有无土栽培培养装置培养模式单一的问题，以及避免不能人为控制培养条件，培养过程易受外界环境条件的影响，本实用新型提供了一种智能控制植物培养机，该无土栽培培养装置既能单独进行水培，又能单独进行雾培，还能水培、雾培同时进行。同时，整个培养过程能根据实际需要自动配制营养液，培养条件的各项理化指标可以进行人工设置、全自动智能控制。
附图说明
图1为本实用新型的立体结构图及部件位置图。
图2为本实用新型的主视图。
图3为本实用新型三种不同规格的培养盘俯视图。
图4为本实用新型的控制室显示面板主视图。
图5为本实用新型的水培模式、雾培模式的控制流程图。
图6为本实用新型的各种控制系统的流程图。
图中：各部件的序号和名称如下：
1-培养机主体；2-循环补液箱；3-控制室；4-培养箱；5-玻璃罩；6-真空玻璃；7-黑色遮光布；8-湿度传感器；9-二氧化碳传感器；10-氧气传感器；11-光敏传感器；12-加湿器喷嘴；13-二氧化碳发生器的出气管口；14-小型空调机的通风出口；15-水培槽或雾培槽；16-培养盘；17-液位传感器；18-溶氧传感器；19-EC(电导率)传感器；20-PH传感器位；21-种子发芽培育盘；22-种苗培育盘；23-植物栽培盘；24-玻璃门；25-紫外线灯；26-生长灯；27-循环补液箱翻盖；28-紫外线杀菌灯；29-营养液母液A的补料罐；30-营养液母液B的补料罐；31-储水罐；32-酸液罐；33-碱液罐；34-营养液补充槽；35-输液水管；36-回流水管；37-过滤装置；38-营养液循环输送(或雾化)水泵；39-营养液回流水泵；40-pv管；41-电磁阀；42-单片机；43-电磁阀；44-水管喇叭口；45-搅拌装置；46-显示器；47-小型空调机；48-二氧化碳发生器；49-加湿器；50-声光报警器；51-制冷管或加热管。
技术方案
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：无土栽培机包括培养机主体、循环补液箱和控制室。培养机主体包括培养箱和密闭玻璃罩。
循环补液箱包括两种营养液母液A、B的补料罐、储水罐、酸液罐、碱液罐、营养液补充槽、水管、过滤装置、循环输送(或雾化)泵。控制室包括单片机芯片、显统系统、执行机构。
本实用新型智能控制植物培养机是通过自身中央控制系统的各控制系统来实现对环境中各种理化指标的控制。
中央控制系统按功能分为营养液配制系统、营养液输送(循环)控制系统、营养液回流系统、温度控制系统、湿度控制系统、光照控制系统、二氧化碳控制系统、pH控制系统、EC控制系统、温度调节系统、通风系统、报警系统。
营养液配制系统、pH控制系统和EC控制系统包括显示器、单机片、营养液补充槽、EC传感器、PH传感器、补料罐、储水罐、酸液罐、碱液罐、输液水泵、pv管和电磁阀组成。补料罐、储水罐、酸液罐、碱液罐通过下方电磁阀向营养液补充槽补充物质。单机片控制板接收水培槽中EC传感器和PH传感器的信号，经过分析处理，依据设定的生长模式进行运算、判断发出执行指令，选择恰当的营养液、酸碱的配比(如在雾培模式下，则按照事先设定的营养液、酸碱的配比)，控制电磁阀的导通时间来控制进入营养液补充槽的物质的比例和流量。如养液的EC值过低，经过单机片的计算，就自动添加一定量的母液，过高就注入一定量的清水。PH值的调节亦是如此。
营养液输送(循环)系统和营养液回流系统在营养液补充槽和水培槽或雾培槽之间。
营养液输送系统由单片机、液位传感器、一套水管、一个电磁阀、一个液输水泵组成；营养液回流系统由单片机、液位传感器、一套水管、一个回流水泵组成(两个水泵的功率相同)。
营养液输送系统：营养液补充槽内有水管连通水培槽或雾培槽，在营养液补充槽内的水管中间处设置一水泵，输液水泵受单机片控制。营养液补充槽内配制好的营养液，单机片根据EC传感器和PH传感器传来的信号，依据设定的生长模式发出执行指令，通过控制输液水泵的运行时间，定时、定量的输送到水培槽或雾培槽。当水培槽或雾培槽需要输送营养液时，单片机向输液水泵发出指令，于是水泵向水培槽或雾培槽输送营养液。
同时，输液水泵对营养液还具有循环或雾化功能，用于驱动营养液向水培槽或雾培槽流动循环或雾化。
营养液补充槽内的水管和水泵铺设在营养液补充槽的前方底部，始终接触营养液；水培槽或雾培槽有三根相互连通的水管，呈回字型，铺设在水培槽或雾培槽的垂直方向的中部，而且，水培槽或雾培槽的三根水管上有喷雾装置，在靠正面一侧的一根水管的盲端有一电磁阀，电磁阀也受单机片控制。
营养液回流系统：在营养液补充槽的后侧有一套水管，该水管连通水培槽或雾培槽，营养液补充槽侧的水管在营养液的上方，中间依次有过滤装置和水泵。当水培槽或雾培槽需要回流营养液时，单片机向回流水泵发出指令，水泵从水培槽或雾培槽吸取营养液，回流到营养液补充槽，过滤装置对水培槽的营养液进行过滤。
在水培槽或雾培槽侧的水管，平行铺设后垂直向下铺设，到达水培槽或雾培槽的底部，水管底部有一喇叭口。
水培、雾培模式的转换主要依靠单机片接收液位传感器的信号，经过分析，发出指令控制水泵的运行和水培槽或雾培槽水管上的电磁阀的闭合来实现。
图5示意是流程图中，在水培模式下，营养液输送系统水培槽水管上的电磁阀开通。在单机片控制下，通过营养液输送系统的水泵，将营养液输送到水培槽，当水培槽内营养液的浓度还没有达到设定值，营养液补充槽持续向水培槽输送营养液，使水培槽的液位增高时，水培槽内的液位传感器产生信号，传输给单片机，由单机片启动营养液回流系统水泵的运行，使液位降低。当营养液液位达到设定值时，营养液回流系统的水泵就停止工作。
在EC值和PH值处于正常值时，由单片机控制两台水泵同时运行，可使营养液实现循环回流。
在雾培模式下，单机片根据设置的参数控制水泵的运行时间，将营养液补充槽内配制好的营养液由主管道输送，同时营养液输送系统雾培槽水管上的电磁阀关闭，由于主管道盲端的电磁阀关闭，所以，主管道内产生较大压强，通过气雾嘴，使营养液雾化成极细的雾珠直接喷雾到作物根部，实现间歇弥雾控制。多余的营养液落到底部，汇集后通过营养液回流系统，由单片机控制回流水泵的运行，吸取回营养液补充槽。
雾培槽内的液位传感器，如果感受到有液体，就把指令发给单片机，由单机片启动营养液回流系统水泵的运行，直到把液体吸干；如果液位传感器感受不到有液体，就把指令发给单片机，由单机片控制水泵，使水泵停止运行。
在水培、雾培同时进行的模式下，单机片控制营养液输送系统雾培槽水管上的电磁阀，使其关闭。单机片设定了固定的液位高度(低于雾化水管的高度)，营养液输送系统输送的营养，落到底部，如果积累后超过设定的液位高度，水培槽内的液位传感器产生信号，信号传输发给单片机，单片机就启动营养液回流水泵，回流水泵吸取营养液，达到规定的高度后，营养液回流水泵就停止工作。
温度调节控制系统由显示器、单片机、小型空调机、制冷管或加热管、小型空调机的通风出口组成。小型空调机的制冷管或加热管均分布在培养机主体、循环补液箱的底部。
小型空调机通过玻璃罩内温度传感器对植物环境进行温度探测，当温度高于设定温度时，单片机控制空调机，启动制冷装置对培养机主体、循环补液箱、玻璃罩进行制冷，当温度低于设定温度时，启动营养液加热装置对培养机主体、循环补液箱、玻璃罩进行升温。
通风控制系统由显示器、单片机、小型空调机、氧气传感器、二氧化碳传感器组成。通风系统用于玻璃罩箱内通气。空调机可设置内外循环两种制式。当氧气浓度过高或过低或二氧化碳浓度过高时，氧气传感器、二氧化碳传感器把信号传给单片机，单片机发出指令，使空调机处于外循环制式，同时，控制空调机的运行，玻璃罩和外界之间进行空气交换，使玻璃罩内空气恢复正常。
二氧化碳控制系统由显示器、单片机、二氧化碳传感器、二氧化碳发生器、二氧化碳发生器的出气口管组成。当二氧化碳浓度过低时，二氧化碳传感器把信号传给单片机，单片机发出指令，控制二氧化碳发生器运行，使二氧化碳发生器向玻璃罩输送二氧化碳，供给玻璃罩内的植物利用。
当二氧化碳浓度达到设定值时，二氧化碳传感器把信号传给单片机，单片机发出指令，控制二氧化碳发生器的运行，使二氧化碳发生器停止工作。
光照控制系统由显示器、单片机、光敏传感器、LED植物生长灯组成。属于光源调节系统。根据光敏传感器传来的信号，单片机依据据不同的要求对光源进行波长组合和光照时间程序设置，来控制植物生长需要的光的波长和强度。光照控制系统还可以对植物的花期进行调控。
湿度控制系统由显示器、单片机、加湿器、空气湿度传感器、加湿器喷嘴组成。当玻璃罩内湿度过低时，湿度传感器把信号传给单片机，单片机发出指令，控制加湿器的运行，使加湿器工作，使玻璃罩内的湿度恢复正常。当湿度过大时，由通风系统完成通风，把多余的水汽排出玻璃罩。
液位控制系统由显示器、单片机、液位传感器、水泵组成。液位传感器的信号输出端与液位控制模块、蜂鸣报警器和信号灯的信号接收端连接。液位控制模块和水泵的信号接收端连接。液位控制块给微电脑提供高水位、低水位、水位正常三个信号。通过液位传感器，液位控制模块和水泵共同调节水培槽或雾培槽的水位。液位控制系统可以自由调节箱体内的水位，实现水位的监测和调控。
供电系统包括电源模块和供电设备组成。
报警系统由显示器、单片机、蜂鸣器、信号灯、箱内各种传感器组成。通过各种传感器和报警装置对培养箱和玻璃箱中的理化指标进行监测，在各种指标出现偏差超出设定值时，各种传感器产生信号，信号传输给单片机，再由单片机发出发出报警信号，使声光报警器发出声光信号。
本实用新型的有益效果是，可以根据不同植物的生长习性，通过植物培养液供给系统可以实现营养液浓度准确控制，为植物提供全生育期生长所需的营养物质。控制系统可以通过模拟自然环境中光照、温度、CO2和营养液等资源分别进行单独调控，不受地域限制，不受外界环境条件的影响，提供四季的植物生长环境，实现全天候、全自动的多种方式的无土栽培。
具体实施方式
在图1中、图2中，无土栽培机包括培养机主体、循环补液箱和控制室。培养机主体包括培养箱和密闭玻璃罩。
培养箱由绝热板做箱体板，而且培养箱前后侧用真空玻璃制成，透明、双层，可以随时动态观测研究根系发育的生长情况，玻璃外面有可掀起和遮盖的黑色遮光布。培养箱包括水培槽或雾培槽、培养盘、二氧化碳发生器的出气口、小型空调机的通风出口、加湿器喷嘴。
培养箱的后侧上方左边边缘的平台上(玻璃罩内)，依次排列有湿度传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、光敏传感器，用于对所述玻璃罩温室内的湿度、二氧化碳浓度浓度、氧气浓度、光照进行检测。加湿器喷嘴位于培养箱后侧上方中间的平台上。
二氧化碳发生器的出气口管、小型空调机的通风出口位于培养箱后侧上方右边边缘的平台上。
水培槽内后侧中间有液位传感器，用于对水培槽内的液位进行检测。
水培槽内右侧底部有温度传感器、EC(电导率)传感器和PH传感器，用于对水培槽内的营养液的温度、电导率和PH值进行检测。
玻璃罩为透明、密闭、双层玻璃，在培养箱上部，使植物生长环境完全封闭，具有良好的保温、隔热、观察效果。同时，玻璃罩正前方有两扇玻璃门，玻璃门可打开以进行实验操作。
密闭玻璃罩有紫外线灯、生长灯。生长灯位于箱体主构架内部的顶部，有两盏，是3-5W的LED植物灯。生长灯可调控光照强弱，为植物生长提供光源。紫外线灯位于箱体主构架内部的顶部，用于玻璃罩内的消毒杀菌。
循环补液箱用真空绝热板做箱体板，上方有可活动的用于操作的翻盖。循环补液箱位于培养机主体的左侧。循环补液箱是植物营养液的自动配液、供液装置，包括两种营养液母液的补料罐、储水罐、酸罐、碱罐、营养液补充槽、水管、过滤装置、循环输送(或雾化)泵。补料罐、储水罐、酸罐和碱罐下方分别有pv管和电磁阀相连，位于营养液补充槽的后上方。循环补液箱内部设有紫外线杀菌灯。
营养液补充槽内有输送营养液的水管，水管连通水培槽或雾培槽，在营养液补充槽内的水管中间处设置一输液水泵，输液水泵受单机片控制，输液水泵向水培槽或雾培槽雾化器输送营养液。
输液水管在水培槽或雾培槽内有三根且相互连通，呈回字型，铺设在水培槽或雾培槽的垂直方向的中部，而且，水培槽或雾培槽的三根水管上有喷雾装置，在靠正面一侧的一根水管的盲端有一电磁阀，电磁阀受单机片控制。
在营养液补充槽和水培槽或雾培槽后侧之间有另一套相互连通的用于营养液回流的水管。在营养液补充槽侧的水管位于营养液的上方，中间依次有过滤装置和水泵。在水培槽或雾培槽侧的水管，平行铺设后垂直向下铺设，到达水培槽或雾培槽的底部，水管底部有一喇叭口。
营养液补充槽内有搅拌装置，用于配制营养液时，对混合营养液进行搅拌，使营养液均匀分布。
在图3中，培养盘设有种子发芽培育盘，种苗培育盘，植物栽培盘三种不同规格的培养盘，用于培育不同的种类的种子及植物。培养盘可架于水培槽的上部边缘口之上。培养盘将植株栽种于培育盘内，并用培植棉加以固定。
在图4中，显示器用来显示每个控制系统相应传感器的数字信息及要设定的各种参数信息、状态信信息，且每个控制系统的调控指标与各显示的位置一一对应。
控制室位于培养机主体的右侧，内有中央控制系统。中央控制系统包括单片机芯片、显统系统、执行机构(及各种传感器)。中央控制系统对培养箱内各种理化特征进行自动化控制。单片机芯片有电源控制模块、温度控制模块、湿度控制模块、氧气控制模块、二氧化碳控制模块、光照控制模块、液位控制模块、水泵控制模块组成。
在图6中，执行机构包括A、B补料罐电磁阀、储水罐电磁阀、酸罐电磁阀、碱罐电磁阀、小型空调机、二氧化碳发生器、加湿器、水循环(或雾化)泵、LED植物生长灯。温度传感器、湿度传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、液位传感器、EC传感器和PH传感器的数据输出端分别与单片机芯片的数据信号接收端连接，单片机芯片单元的多个控制信号输出端通过继电器分别与补料罐、储水罐、酸碱罐的电磁阀、小型空调机、二氧化碳发生器、加湿器、水泵循环(或雾化)泵、LED植物生长灯这些执行机构连接。
单片机芯片是微型计算机系统，属于智能处理与控制芯片，对各种理化指标进行分析和智能处理控制，对温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器、液位传感器产生的信号进行采集、检测、分析、预处理，然后微处理器发出信号，控制驱动相关执行机构的装置进行工作。
Claims (10)
1.全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：包含有培养机主体(1)、循环补液箱(2)控制室(3)三部份，所述的培养机主体包括培养箱和密闭玻璃罩；培养箱是由绝热板做箱体板，前后采用真空玻璃制成；玻璃罩为透明、密闭、双层玻璃，在培养箱上部；所述的循环补液箱用真空绝热板做箱体板，位于培养机主体的左侧；循环补液箱是植物营养液的自动配液、供液装置；所述的控制室位于培养机主体的右侧，内有中央控制系统；中央控制系统包括单片机芯片、显统系统、执行机构及各种传感器；中央控制系统对培养箱内各种理化特征进行自动化控制。
2.根据权利要求1所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述的培养机主体(1)有培养箱(4)和玻璃罩(5)组成。
3.根据权利要求1或2所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述的培养箱(4)边缘的平台上的玻璃罩内，设有湿度传感器(8)、二氧化碳传感器(9)、氧气传感器(10)、光敏传感器(11)、加湿器喷嘴(12)、二氧化碳发生器的出气管口(13)小型空调机的通风出口(14)。
4.根据权利要求1或2所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述的培养箱(4)有水培槽或雾培槽(15)，水培槽或雾培槽(15)设有液位传感器(17)、溶氧传感器(18)、EC传感器(19)和PH传感器位(20)。
5.根据权利要求2所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述的玻璃罩(5)有紫外线灯(25)、生长灯(26)，所述的生长灯(26)位于箱体主构架内部的顶部，有两盏，是LED植物灯，生长灯可调控光照强弱，所述的紫外线灯(25)位于箱体主构架内部的顶部。
6.根据权利要求1所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述的循环补液箱(2)包括紫外线杀菌灯(28)、营养液母液A的补料罐(29)、营养液母液B的补料罐(30)、储水罐(31)、酸液罐(32)、碱液罐(33)、营养液补充槽(34)、输液水管(35)、回流水管(36)、过滤装置(37)、营养液循环输送或雾化水泵(38)、营养液回流水泵(39)。
7.根据权利要求6所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述的营养液母液A的补料罐(29)、营养液母液B的补料罐(30)、储水罐(31)、酸液罐(32)、碱液罐(33)下方均有pv管(40)和电磁阀(41)相连，这些结构全部位于营养液补充槽(34)的上方，其中电磁阀(41)和单片机(42)相接。
8.根据权利要求6所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述的营养液循环输送或雾化水泵(38)位于营养液补充槽(34)的底部，受单片机(42)控制，所述的培养箱(4)有水培槽或雾培槽(15)；水培槽或雾培槽(15)内的输液水管(35)有两根，呈回字型，且相互连通，上有喷雾口装置，在靠正面一侧一根水管的盲端有一电磁阀(43)，电磁阀(43)受单片机(42)控制。
9.根据权利要求6所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述回流水管(36)，在营养液补充槽(34)侧的水管位于营养液的上方，中间依次有过滤装置(37)和营养液回流水泵(39)，营养液回流水泵(39)受单片机(42)控制，在水培槽或雾培槽侧的回流水管(36)，平行铺设一段后垂直向下铺设，到达水培槽或雾培槽(16)的底部，底部的水管有一喇叭口(44)。
10.根据权利要求1所述的全天候植物智能水培、雾培无土栽培机，其特征在于：所述控制室(3)内有单片机(42)、显示器(46)、小型空调机(47)、二氧化碳发生器(48)、加湿器(49)、声光报警器(50)。
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